Projectos financiados pela NSF CI-TEAM

Os nossos Projectos de Implementação CI-TEAM desenvolvem um ambiente de investigação interdisciplinar para preparar uma força de trabalho cibernética nas geociências, ciências informáticas, estudos científicos e tecnológicos, antropologia, e física. Envolvemos os estudantes em equipas interdisciplinares para desenvolver, utilizar e divulgar conjuntamente ferramentas e técnicas de ciberinfra-estrutura (CI) utilizando a realidade virtual (VR) e a visualização científica para a investigação e educação através de três temas interdisciplinares.

O projecto em curso baseia-se no conhecimento e experiência que adquirimos ao longo de mais de uma década de colaboração interdisciplinar no KeckCAVES, o que proporciona tanto um ambiente fértil para a investigação interdisciplinar como ambientes de realidade virtual únicos, interactivos e imersivos que permitem aos utilizadores visualizar e analisar conjuntos de dados grandes e complexos.

Este projecto desenvolveu um ambiente de investigação interdisciplinar para preparar uma força de trabalho cibernética nas geociências, ciências informáticas, estudos científicos e tecnológicos, antropologia, e física. O projecto envolveu estudantes em equipas interdisciplinares para desenvolverem, utilizarem e divulgarem em conjunto ferramentas e técnicas de ciberinfra-estrutura (CI) utilizando a realidade virtual e aumentada (VR e AR) na visualização científica para a investigação e educação através de três temas interdisciplinares inovadores.

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  Colaboração remota
  : A equipa desenvolveu e utilizou métodos inovadores de tecnologia de tele-imersão para permitir a interacção remota com conjuntos de dados partilhados entre equipas de pessoas em diferentes locais, para facilitar a colaboração na investigação e no ensino. No processo deste desenvolvimento, os estudantes adquiriram conhecimento e percepção do comportamento do VR e da visualização imersiva.
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  Resposta Rápida a Catástrofes Naturais
  : A equipa desenvolveu a capacidade da IC para recolher, visualizar e interpretar rapidamente os dados recolhidos após grandes eventos geológicos, tais como terramotos e deslizamentos de terras. As equipas de estudantes responderam aos acontecimentos ocorridos durante o período do projecto, incluindo os terramotos no Haiti e El Mayor-Cucapah (México). Esta capacidade contribuirá para o nosso conhecimento dos processos geológicos que conduzem a terramotos, vulcões, deslizamentos de terras e outros eventos catastróficos.
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  3dCompare
  : As equipas desenvolveram a capacidade de manipular e comparar quantitativamente objectos representados digitalmente utilizando métodos interactivos de IC para utilização em diversas aplicações, incluindo varrimentos digitais 3D de edifícios, sítios de património cultural, e amostras arqueológicas, geológicas, e paleontológicas.

As metodologias desenvolvidas para este projecto contribuíram para o desenvolvimento de um Sandbox de Realidade Aumentada (AR Sandbox), um projecto de código aberto para educação e divulgação que foi divulgado em mais de 300 centros científicos, pequenos museus, escolas, e ambientes educativos informais.

O projecto contribuiu para o desenvolvimento de uma força de trabalho diversificada e cibernética ao envolver estudantes universitários e pós-graduados na utilização de tecnologia baseada na realidade virtual para a investigação científica baseada na descoberta. Os resultados científicos foram distribuídos através de publicações de revistas e actas de conferências. O software desenvolvido durante o curso do projecto foi lançado sob licenças livres e de código aberto e é divulgado através do sítio web KeckCAVES.

O nosso projecto CI-TEAM contribui para o desenvolvimento de uma força de trabalho diversificada e cibernética através do envolvimento de licenciados e estudantes graduados na utilização de tecnologia baseada na realidade virtual para a investigação científica baseada na descoberta. Envolvemos estudantes e pós-doutorandos em várias disciplinas para co-desenvolver ferramentas de IC para a sua própria investigação e a dos seus pares, e para desenvolver uma coorte de cientistas e criadores de software cibernéticos com experiência a trabalhar em equipas interdisciplinares. Os participantes no nosso projecto têm a oportunidade de participar em colaborações com instituições parceiras americanas e internacionais.

Desenvolvemos, com os nossos estudantes e pós-doutorandos da CI-TEAM, tecnologias de aprendizagem inovadoras e de alta qualidade e materiais instrucionais que são largamente adoptados por múltiplas disciplinas e instituições. Divulgamos estas tecnologias e métodos fornecendo software sob a Licença Pública Geral GNU; divulgando ferramentas de software e documentação, e publicando módulos educativos, documentação, pesquisa e resultados educativos para facilitar a utilização das ferramentas. Fornecemos experiências de visualização para programas de alcance STEM estabelecidos e eficazes que visam efectivamente os alunos do K-12.

As ferramentas de IC desenvolvidas através dos nossos esforços CI-TEAM permitem avanços na investigação e ensino em três áreas críticas: estudo de objectos virtuais, colaboração remota entre vários grupos e agências, e resposta científica rápida a catástrofes naturais. O desenvolvimento destas tecnologias poderia tornar-se de importância vital para ajudar as agências multinacionais a tomar decisões sólidas com base em dados complexos.

* Visualização imersiva em ambientes de aprendizagem informais

As ferramentas desenvolvidas por esta parceria têm sido utilizadas em centros de ciência e museus, incluindo os nossos parceiros no Tahoe Environmental Research Center, Lawrence Hall of Science, e o Centro Leahy do ECHO para o Lago Champlain.

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Na sala de aula
As ferramentas de CI-TEAM têm sido utilizadas em aulas de Geologia para majores e em aulas de educação geral.

* A Caixa de Areia de Re alidade Aumentada As metodologias desenvolvidas para este projecto contribuíram para o desenvolvimento da Caixa de Areia de Realidade Aumentada (AR Sandbox), um projecto de código aberto para educação e divulgação que foi divulgado em mais de 300 centros científicos, pequenos museus, escolas, e ambientes educativos informais.

* Inclusion in STEM: Outreach project O projecto Outside_the_Vortex é um projecto de colaboração e divulgação artística que explora a exclusão e a inclusão na STEM.

• Eric Cowgill
• Joseph Dumit
• Bernd Hamann
• Louise Kellogg
• Oliver Kreylos
• Michael Oskin
• Dawn Sumner

Este projecto apoiou o desenvolvimento contínuo de vários pacotes de software que são fundamentais para o funcionamento geral do KeckCAVES, e também directamente ligados aos objectivos de educação e formação deste projecto.

• Vrui O conjunto de ferramentas Vrui VR é a infra-estrutura de software fundamental subjacente a todas as aplicações KeckCAVES. Uma espécie de sistema operacional de realidade virtual, permite escrever software VR de alto desempenho e alta qualidade uma vez, e executá-lo na multiplicidade de diferentes sistemas de visualização VR e não VR em uso em ambientes de investigação e educação. Especificamente, o projecto CI-TEAM apoiou o desenvolvimento de módulos Vrui que fizeram o Vrui funcionar em (então) ambientes VR de baixo custo, que foram cruciais na implementação do software KeckCAVES em locais parceiros sem acesso a equipamento VR de topo de gama antes do advento dos actuais auscultadores VR de baixo custo.
• Tele-Colaboração A Infra-estrutura de Tele-Colaboração é um módulo adicional opcional ao Vrui que permite aos utilizadores de múltiplas localizações geográficas entrar e colaborar em espaços virtuais partilhados para fins de investigação e educação. Usando esta infra-estrutura, os utilizadores podem olhar e analisar conjuntos de dados em conjunto, anotar dados usando ferramentas de desenho 3D partilhadas, falar uns com os outros via áudio de grupo, e verem-se uns aos outros como avatares pseudo-holográficos 2D ou mesmo 3D. Este projecto apoiou o desenvolvimento em várias áreas desta infra-estrutura, especificamente áudio de grupo, suporte de vídeo 2D, e integração com várias aplicações VR relacionadas com o projecto.
• Pacote de Vídeo Kinect 3D O pacote de Vídeo Kinect 3D é um módulo adicional opcional à infra-estrutura de Tele-Colaboração da Vrui, permitindo a captura e transmissão em tempo real de vídeo 3D pseudo-holográfico de vários modelos de câmaras de vídeo 3D, incluindo todas as versões do Kinect da Microsoft, para incorporar os corpos dos utilizadores em espaços virtuais partilhados. Com o Pacote de Vídeo Kinect 3D, os utilizadores podem ver-se uns aos outros como representações em tamanho real, dinâmicas e 3D que apoiam a interacção social natural através de distâncias geográficas.

• LiDAR Viewer é uma aplicação VR para a exploração e análise interactiva de scans 3D de grande área e de alta resolução de ambientes naturais ou criados pelo homem. Este projecto apoiou o desenvolvimento de uma estrutura informática não interativa baseada em pontos que pode ser utilizada para processar grandes dados com funções personalizadas de análise geométrica ou estatística. Como parte da componente de educação e divulgação deste projecto, foi acrescentada uma interface para escrever funções de processamento baseadas em pontos na linguagem de programação Python para permitir aos investigadores das ciências da Terra sem conhecimento íntimo da linguagem de programação C++ escrever as suas próprias funções de análise de problemas específicos.
• O Visualizador 3Dé uma aplicação VR para a exploração interactiva de dados volumétricos 3D, tais como os produzidos por digitalização volumétrica 3D (CAT, MRI, etc.) ou computação numérica. Este projecto apoiou o desenvolvimento de uma componente de colaboração, ligando o Visualizador 3D ao quadro de tele-colaboração do Vrui para análise de dados partilhados à distância.
• Crusta é uma aplicação do globo virtual VR semelhante ao Google Earth, mas focada em utilizadores das ciências da Terra importando a sua própria topografia de alta resolução e dados de imagem, e criando mapas geológicos desenhando directamente sobre a superfície topográfica. Crusta foi desenvolvido por um estudante do então Departamento de Informática da UC Davis, trabalhando em estreita colaboração com estudantes licenciados em Geologia, pós-doutorandos, e investigadores.
• Vroom é uma estrutura de programação de alto nível para o desenvolvimento de aplicações de realidade virtual imersiva. É escrito em python e utiliza a biblioteca Vrui (Virtual Reality User-Interface). O objectivo do vroom é facilitar a visualização e a interacção com dados e simulações em 3D. Está disponível em Github.

Uma lista seleccionada de publicações produzidas sobre ou com o uso da tecnologia KeckCAVES está disponível aqui. Estamos sempre à procura de actualizar a nossa lista; por favor informe-nos sobre novas publicações e produtos.

O motor de busca dos prémios NSF mostra publicações resultantes directamente deste prémio.

Doc-Ok.org A Developer’s Perspective on Immersive 3D Computer Graphics

Oskin blog sobre o terramoto de Napa de 2014

Sandbox de Realidade Aumentada

2010 Haiti Earthquake Rapid Response using LIDAR data – este terramoto é anterior ao prémio CI-TEAM mas fornece alguns antecedentes sobre como aprendemos a responder.

Centro de Ciências da Complexidade

Twitter:

• @keckcaves – O relato oficial do KeckCAVES, incluindo o projecto CI-TEAM.
• @arsandbox – A Caixa de Areia de Realidade Aumentada
• @okreylos – O cientista informático Oliver Kreylos fala sobre a construção de holodecks para viver
• @sumnerd – Geologista Dawn Sumner sobre investigação na Antárctida, em Marte, tapetes microbianos, ciência não-linear, e a vida como cientista.
• @mikeoskin – Geólogo Mike Oskin explorando a física dos terramotos e paisagens
• @louisekellogg – Geofísica Louise Kellogg sobre investigação em geofísica computacional e visualização científica
• @TTremblingEarth – UC Davis KeckCAVES alumnus Austin Elliot fala de terramotos e ciência relacionada

Canais do YouTube:

• UC Davis KeckCAVES
• Oliver Kreylos
• Dawn Sumner

UC Davis KeckCAVES CI-TEAM membros e ex-alunos: Estamos continuamente a actualizar as nossas ligações. Por favor informe-nos se desejar que acrescentemos a sua presença nas redes sociais a esta página

Este projecto foi apoiado pelo NSF Award OAC-1135588: CI-TEAM Ambiente Dinâmico de Investigação Interdisciplinar para Envolver e Desenvolver uma Força de Trabalho Cibernética nas Geociências, Ciências Sociais e Ciências Informáticas

O trabalho anterior foi apoiado pelo NSF Award OAC-0753407 CI-TEAM: Enabling Interactive Visual Exploration and Remote Collaboration for the Geosciences and Physical Sciences